29 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerk新聞）由香港科技大學（科大）工程學院領導的研究團隊解決了創建具有多種高性能氣體感測器陣列的人工嗅覺感測器的長期挑戰。他們新開發的仿生嗅覺晶片(BOC) 能夠將奈米管感測器陣列整合在奈米多孔基板上，每個晶片上有多達10,000 個可單獨尋址的氣體感測器，這種配置類似於人類和其他動物的嗅覺工作原理。該研究發表於 自然電子 (“基於大規模單晶片整合奈米管感測器陣列的仿生嗅覺晶片”).
(a) Prof.的配置 範的仿生嗅覺晶片（BOC）系統安裝在機器狗上，用於盲盒區分。 (b)透過電腦視覺，即攝影機來辨識盒子。 (c) BOC系統的辨識結果。 (d) 即時記錄的感測器電阻訊號。 （圖片來源：香港科技大學） 世界各地的研究人員一直在開發人工嗅覺和電子鼻，旨在模擬生物嗅覺系統的複雜機制，以有效辨別複雜的氣味混合物。 然而，其開發的主要挑戰在於系統小型化和提高其識別能力以確定複雜氣味混合物中的確切氣體種類及其濃度的難度。
為了解決這些問題，教授領導的研究團隊進行了研究。 香港科技大學電子與電腦工程係以及化學與生物工程系講座教授范志勇使用了一種工程材料成分梯度，可以在一個小型奈米結構晶片上安裝多種不同的感測器。 利用人工智慧的力量，他們的仿生嗅覺晶片對各種氣體表現出卓越的靈敏度，對混合氣體和 24 種不同的氣味具有出色的辨別能力。 為了擴大嗅覺晶片的應用範圍，團隊還將晶片與機器狗上的視覺感測器集成，創建了一個嗅覺和視覺相結合的系統，可以準確識別盲盒中的物體。
仿生嗅覺晶片的開發不僅將改善人工嗅覺和電子鼻系統在食品、環境、醫療和工業過程控制等領域現有的廣泛應用，而且為先進機器人等智能係統開闢新的可能性以及便攜式智能設備，用於安全巡邏和救援行動。
例如，在即時監測和品質控制方面，仿生嗅覺晶片可用於檢測和分析與工業製程不同階段相關的特定氣味或揮發性化合物，以確保安全；環境監測中發現異常或有害氣體；並識別管道洩漏情況，以便及時修復。
這項研究中提出的突破性技術是氣味數位化領域的關鍵突破。 當科學界見證了在現代成熟的成像感測技術的推動下視覺資訊數位化的勝利流行時，由於缺乏先進的氣味感測器，基於氣味的資訊領域尚未開發。 教授進行的富有遠見的工作。 範的團隊為具有巨大潛力的仿生氣味感測器的開發鋪平了道路。 隨著進一步的進步，這些感測器可能會得到廣泛的應用，就像手機和便攜式電子產品中無處不在的微型相機一樣，從而豐富和提高人們的生活品質。
教授是國際著名跨學科材料科學與工程學者。 範熱衷於將實用方法與大膽想像力結合，推動產生社會影響的一流研究。 他在仿生感覺系統領域工作了二十多年，先從視覺系統入手，並於3年成功研發出世界上第一隻具有2020D視網膜的球形人工眼。 憑藉這一成功，他涉足嗅覺系統，並透過整合這兩個系統來提升他的工作水平，以實現更聰明、應用更廣泛的機器人。
「未來，隨著合適的生物相容性材料的開發，我們希望仿生嗅覺晶片也能放置在人體上，讓我們能夠聞到平時聞不到的氣味。 它還可以監測我們呼吸中和皮膚散發的揮發性有機分子的異常情況，以警告我們潛在的疾病，進一步發揮仿生工程的潛力。”
(a) Prof.的配置 範的仿生嗅覺晶片（BOC）系統安裝在機器狗上，用於盲盒區分。 (b)透過電腦視覺，即攝影機來辨識盒子。 (c) BOC系統的辨識結果。 (d) 即時記錄的感測器電阻訊號。 （圖片來源：香港科技大學） 世界各地的研究人員一直在開發人工嗅覺和電子鼻，旨在模擬生物嗅覺系統的複雜機制，以有效辨別複雜的氣味混合物。 然而，其開發的主要挑戰在於系統小型化和提高其識別能力以確定複雜氣味混合物中的確切氣體種類及其濃度的難度。
為了解決這些問題，教授領導的研究團隊進行了研究。 香港科技大學電子與電腦工程係以及化學與生物工程系講座教授范志勇使用了一種工程材料成分梯度，可以在一個小型奈米結構晶片上安裝多種不同的感測器。 利用人工智慧的力量，他們的仿生嗅覺晶片對各種氣體表現出卓越的靈敏度，對混合氣體和 24 種不同的氣味具有出色的辨別能力。 為了擴大嗅覺晶片的應用範圍，團隊還將晶片與機器狗上的視覺感測器集成，創建了一個嗅覺和視覺相結合的系統，可以準確識別盲盒中的物體。
仿生嗅覺晶片的開發不僅將改善人工嗅覺和電子鼻系統在食品、環境、醫療和工業過程控制等領域現有的廣泛應用，而且為先進機器人等智能係統開闢新的可能性以及便攜式智能設備，用於安全巡邏和救援行動。
例如，在即時監測和品質控制方面，仿生嗅覺晶片可用於檢測和分析與工業製程不同階段相關的特定氣味或揮發性化合物，以確保安全；環境監測中發現異常或有害氣體；並識別管道洩漏情況，以便及時修復。
這項研究中提出的突破性技術是氣味數位化領域的關鍵突破。 當科學界見證了在現代成熟的成像感測技術的推動下視覺資訊數位化的勝利流行時，由於缺乏先進的氣味感測器，基於氣味的資訊領域尚未開發。 教授進行的富有遠見的工作。 範的團隊為具有巨大潛力的仿生氣味感測器的開發鋪平了道路。 隨著進一步的進步，這些感測器可能會得到廣泛的應用，就像手機和便攜式電子產品中無處不在的微型相機一樣，從而豐富和提高人們的生活品質。
教授是國際著名跨學科材料科學與工程學者。 範熱衷於將實用方法與大膽想像力結合，推動產生社會影響的一流研究。 他在仿生感覺系統領域工作了二十多年，先從視覺系統入手，並於3年成功研發出世界上第一隻具有2020D視網膜的球形人工眼。 憑藉這一成功，他涉足嗅覺系統，並透過整合這兩個系統來提升他的工作水平，以實現更聰明、應用更廣泛的機器人。
「未來，隨著合適的生物相容性材料的開發，我們希望仿生嗅覺晶片也能放置在人體上，讓我們能夠聞到平時聞不到的氣味。 它還可以監測我們呼吸中和皮膚散發的揮發性有機分子的異常情況，以警告我們潛在的疾病，進一步發揮仿生工程的潛力。”
